JP5012593B2

JP5012593B2 - Radiator

Info

Publication number: JP5012593B2
Application number: JP2008060871A
Authority: JP
Inventors: 誠次岡; 雅夫秋吉; 健史大井; 洋一五藤; 正喜後藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: JP2009218396A

Description

この発明は、例えばパワー半導体等の発熱を伴う素子を効率よく冷却するために用いられる、フィン体を有する放熱器に関するものである。 The present invention relates to a radiator having a fin body, which is used for efficiently cooling an element that generates heat, such as a power semiconductor.

従来の放熱器では、ベース板には、フィン体が取り付けられる表面から深い側に幅広となるアリ溝が形成されており、このアリ溝にフィン体の下端部がはめ込まれてかしめられることにより固定されている。フィン体の下端部は押し広げられて、アリ溝の側壁に当たるようにすることにより、ベース板とフィン体とが密に接触され熱伝達が行われる。 In the conventional heatsink, the base plate has a dovetail groove that is wide on the deep side from the surface to which the fin body is attached, and is fixed by crimping the lower end of the fin body into the dovetail groove. Has been. The lower end portion of the fin body is expanded and contacted with the side wall of the dovetail groove, whereby the base plate and the fin body are in close contact with each other to perform heat transfer.

フィン体を押し広げる方法としては、２種類ある。ひとつの方法は、拡開縮閉するパンチをフィン体底部に配置した楔棒に押し当てることによりパンチの下端部が拡開し、フィン体の下端部を押し広げ、アリ溝の側面にフィン体を押し当てるというものである。また、別の方法は、フィン体の下端部に弾性体を配置し、上方からパンチを弾性体に押し付け弾性体を横方向に押し広げ、更にフィン体下端部も押し広げてアリ溝の側面にフィン体を押し当てるというものである（例えば、特許文献１参照）。 There are two methods for spreading the fin body. One method is to press the punch that expands and contracts against the wedge rod located at the bottom of the fin body, so that the lower end of the punch is expanded, the lower end of the fin body is expanded, and the fin body is placed on the side of the dovetail. Is to press. Another method is to place an elastic body at the lower end of the fin body, press the punch against the elastic body from above, spread the elastic body laterally, and further expand the lower end of the fin body to the side of the dovetail. The fin body is pressed (see, for example, Patent Document 1).

特開２００２−４３４７７号公報（第３−７頁、第１−４図）Japanese Patent Laid-Open No. 2002-43477 (page 3-7, FIG. 1-4)

しかし、従来の放熱器では、フィン体をベース板にかしめる力のみで熱接触が保たれているため、フィン体の温度変化による膨張、収縮に伴う金属疲労によりかしめ力が低下し、長期間に渡って熱接触を確保することが困難であった。 However, in the conventional radiator, the thermal contact is maintained only by the force that caulks the fin body to the base plate, so the caulking force is reduced due to metal fatigue due to expansion and contraction due to temperature change of the fin body, and for a long time. It was difficult to ensure thermal contact over a wide range.

この発明は上述のような問題を解決するためになされたもので、長期間使用した場合であっても、ベース板とフィン体との熱接触を安定して確保することができる放熱器を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and obtains a radiator that can stably ensure the thermal contact between the base plate and the fin body even when used for a long period of time. For the purpose.

この発明に係る放熱器においては、フィン体は断面視Ｕ字状部を備えるように成形されている。また、このＵ字状部の外周面に接して平板状のベース板が、内周面に接して弾性体が配置されている。更に、押さえ板がベース板に向かって弾性体を加圧して、Ｕ字状部をベース板に圧接するようにしている。 In the heat radiator according to the present invention, the fin body is formed so as to have a U-shaped portion in sectional view. Further, a flat base plate is in contact with the outer peripheral surface of the U-shaped portion, and an elastic body is disposed in contact with the inner peripheral surface. Further, the pressing plate presses the elastic body toward the base plate, and the U-shaped portion is pressed against the base plate.

この発明によれば、押さえ板が平板状のベース板に向かって弾性体を加圧し、Ｕ字状部をベース板に圧接するようにしたため、長期間使用により弾性体が塑性変形した場合であっても、フィン体とベース板との熱接触を長期間安定して確保することができると共に、ベース板の高い加工精度を求められることはなく、容易に得ることができる。
According to the present invention, the pressing plate presses the elastic body toward the flat base plate and the U-shaped portion is pressed against the base plate, so that the elastic body is plastically deformed after long-term use. However, the thermal contact between the fin body and the base plate can be ensured stably for a long time , and high processing accuracy of the base plate is not required and can be easily obtained.

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における放熱器の断面図を示すものである。放熱器は、ベース板１、ベース板１に立設されたフィン体２、フィン体２のＵ字状部底面上に配置された弾性体３、弾性体３の上部にこれを覆うように配置された押さえ板４、押さえ板４をベース板１に固定する締結部材５とから構成される。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a radiator according to Embodiment 1 for carrying out the present invention. The radiator is arranged so as to cover the base plate 1, the fin body 2 erected on the base plate 1, the elastic body 3 disposed on the bottom surface of the U-shaped portion of the fin body 2, and the upper portion of the elastic body 3. And a fastening member 5 for fixing the pressing plate 4 to the base plate 1.

ベース板１は、アルミニウム、銅のような熱伝導性の高い材料で製作された平板であり、任意の箇所に締結部材５が取り付けられるねじ穴が設けられている。 The base plate 1 is a flat plate made of a material having high thermal conductivity such as aluminum or copper, and a screw hole to which the fastening member 5 is attached is provided at an arbitrary location.

図２にフィン体２の断面図を示す。フィン体２は、アルミニウムのような熱伝導性の高い平板状の薄板を、折り曲げ加工して成型したものである。フィン体２は複数のＵ字状部からなり、Ｕ字状部は一対の側面部２ａと底面部２ｂとからなっている。複数の底面部２ｂの幅はほぼ同一である。 FIG. 2 shows a cross-sectional view of the fin body 2. The fin body 2 is formed by bending a thin plate having a high thermal conductivity such as aluminum. The fin body 2 includes a plurality of U-shaped portions, and the U-shaped portion includes a pair of side surface portions 2a and a bottom surface portion 2b. The widths of the plurality of bottom surface portions 2b are substantially the same.

図３（ａ）乃至（ｃ）に弾性体３の各種断面を示す。弾性体３の幅は、設置が容易に行えるように、フィン体２のＵ字状側面部２ａの一対の内幅よりもわずかに短めとするが、押さえ板４による加圧時に底面部２ｂのほぼ全面に渡って十分な加圧力がかけられる程度とし、長さは底面部２ｂの奥行き寸法と等しい。
弾性体３は３ａ、３ｂで示されるように断面が中実の円形、又は矩形の棒状体の場合には、高い弾性率及び復元性を有するシリコーンゴムまたはウレタンゴムが好ましく、３ｃで示すような断面が中空のパイプの場合にはりん青銅のような高いバネ力を有する金属が好ましいが、材料と断面形状との組み合わせは必ずしも上述の場合には限られない。 3A to 3C show various cross sections of the elastic body 3. FIG. The width of the elastic body 3 is slightly shorter than the pair of inner widths of the U-shaped side surface portions 2a of the fin body 2 so that the installation can be easily performed. The length is such that sufficient pressure can be applied over almost the entire surface, and the length is equal to the depth dimension of the bottom surface portion 2b.
In the case where the elastic body 3 is a rod-shaped body having a solid cross section or a rectangular shape as indicated by 3a and 3b, a silicone rubber or urethane rubber having a high elastic modulus and resilience is preferable, as indicated by 3c. In the case of a pipe having a hollow cross section, a metal having a high spring force such as phosphor bronze is preferable, but the combination of the material and the cross sectional shape is not necessarily limited to the above case.

図４は図１に示す放熱器のフィン体２について、このＵ字状折曲部付近の断面拡大図を示す。ベース板１はＵ字状部の外周面に、弾性体３はＵ字状部の内周面に、各々接するように配置されている。ベース板１と押さえ板４とで、弾性体３とフィン体２のＵ字状部底面２ｂとを挟み込み、締結部材５の締め込み量を調節することにより弾性体３をベース板１に向かって加圧し、Ｕ字状部底面２ｂをベース板１に圧接している。 FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the U-shaped bent portion of the fin body 2 of the radiator shown in FIG. The base plate 1 is disposed in contact with the outer peripheral surface of the U-shaped portion, and the elastic body 3 is disposed in contact with the inner peripheral surface of the U-shaped portion. The elastic body 3 is moved toward the base plate 1 by sandwiching the elastic body 3 and the U-shaped bottom surface 2b of the fin body 2 between the base plate 1 and the holding plate 4 and adjusting the tightening amount of the fastening member 5. The U-shaped bottom surface 2b is pressed against the base plate 1 by applying pressure.

図５は押さえ板４の斜視図であり、周辺４隅に締結部材５用のねじ穴４ｂが設けてあり、弾性体３を加圧するための押さえバー４ａを有する。押さえ板４の材料としては、弾性体３を加圧した状態でも変形を起こしにくいように剛性が高く、かつ、熱伝導性に優れたものが好ましいため、アルミニウム、ステンレス、銅等の金属が用いられる。
本図に示すとおり、押さえ板４は複数の押さえバー４ａを有するため、広い範囲であっても一つの押さえ板によって冷却することができ、放熱器全体の構造簡略化、並びに部品点数の削減を図ることができる。 FIG. 5 is a perspective view of the pressing plate 4, screw holes 4 b for the fastening members 5 are provided at the four corners of the periphery, and a pressing bar 4 a for pressing the elastic body 3 is provided. As the material of the pressing plate 4, a material having high rigidity and excellent thermal conductivity is preferable so that the elastic body 3 is not easily deformed even when the elastic body 3 is pressed. Therefore, a metal such as aluminum, stainless steel, or copper is used. It is done.
As shown in this figure, since the pressing plate 4 has a plurality of pressing bars 4a, it can be cooled by a single pressing plate even in a wide range, simplifying the structure of the entire radiator and reducing the number of parts. Can be planned.

次に動作について、説明する。パワー半導体（図示せず）等の発熱体から発せられる熱はまずベース板１に伝えられ、フィン体２のＵ字状部底面２ｂとの接触面を通じて、フィン体２に伝熱される。この部分での熱接触は、弾性体３の弾性力によってフィン体２がベース１に圧接されることによって確保される。その後、フィン体２の側面部２ａに伝熱され、気中放熱される。 Next, the operation will be described. Heat generated from a heating element such as a power semiconductor (not shown) is first transmitted to the base plate 1 and then transferred to the fin body 2 through the contact surface with the U-shaped bottom surface 2b of the fin body 2. The thermal contact at this portion is ensured by the fin body 2 being pressed against the base 1 by the elastic force of the elastic body 3. Thereafter, the heat is transferred to the side surface portion 2a of the fin body 2 and radiated in the air.

ここで、従来の放熱器ではフィン体２を前述した方法により成形した場合、外側に凸となるような丸味を帯びた形状となるため、ベース板１とフィン体２とは凸部周辺のみの線接触に近い形で熱接触することとなっていたが、本実施の形態では弾性体３によりフィン体２がベース１に一様に押し付けられるため、面接触に近い形での熱接触が実現され、熱伝達効率が向上される。 Here, in the conventional radiator, when the fin body 2 is formed by the above-described method, the base plate 1 and the fin body 2 are formed only in the vicinity of the convex portion because the fin body 2 has a rounded shape that is convex outward. In this embodiment, the fin body 2 is uniformly pressed against the base 1 by the elastic body 3, so that the thermal contact in the form close to the surface contact is realized. Heat transfer efficiency is improved.

この実施の形態においては、締結部材５の締込量を調節することにより、あるいは、締結部材５にバネ座金を併せて使用することにより、押さえ板４が弾性体３に圧力を加えている。長期使用に伴う塑性変形により弾性体３の断面が変形し、押さえ板４の位置がわずかに下方に変位した場合であっても加圧力にほとんど変化なく、弾性体３に加圧した状態を保つことができる。弾性体３はフィン体２と押さえ板４で囲まれた閉空間に配置されており（図４参照）、前記押さえ板４からの加圧力を絶えず受けることにより、弾性体３が長期使用により塑性変形した場合であっても、フィン体２とベース板１の熱接触を安定して確保できる。 In this embodiment, the pressing plate 4 applies pressure to the elastic body 3 by adjusting the tightening amount of the fastening member 5 or by using a spring washer together with the fastening member 5. Even when the cross section of the elastic body 3 is deformed by plastic deformation accompanying long-term use and the position of the pressing plate 4 is slightly displaced downward, the pressure is hardly changed, and the state where the elastic body 3 is pressurized is maintained. be able to. The elastic body 3 is disposed in a closed space surrounded by the fin body 2 and the pressing plate 4 (see FIG. 4), and the elastic body 3 is plasticized by long-term use by continuously receiving the pressing force from the pressing plate 4. Even if it is deformed, the thermal contact between the fin body 2 and the base plate 1 can be secured stably.

また、本実施の形態では、熱伝導特性を要求されるフィン体２と繰り返し温度変化に対する長期的な弾性特性を要求される弾性体３とを別部材としたことにより、金属疲労に対して必ずしも好ましい特性を有しないフィン体２の材料と別個に、弾性体３として前述のような最適な材料を選定することが可能となり、長期的な熱接触の信頼性を更に向上させることができる。 Further, in the present embodiment, the fin body 2 that is required to have thermal conductivity characteristics and the elastic body 3 that is required to have long-term elastic characteristics with respect to repeated temperature changes are provided as separate members, so that it is not always necessary for metal fatigue. Separately from the material of the fin body 2 that does not have desirable characteristics, it is possible to select the optimum material as described above as the elastic body 3, and it is possible to further improve the reliability of long-term thermal contact.

更に、本実施の形態によると従来のように予め成形してかしめ力を用いてフィン体２とベース板１を圧接する必要はないことから、ベース板１の加工精度、フィン体２の折り曲げ精度についても高精度を要求されることはなく、簡単に低コストで製作することができるという利点もある。 Furthermore, according to the present embodiment, it is not necessary to press the fin body 2 and the base plate 1 by pre-molding and crimping force as in the prior art. Therefore, the processing accuracy of the base plate 1 and the bending accuracy of the fin body 2 are not required. Also, there is an advantage that high accuracy is not required and can be easily manufactured at low cost.

実施の形態２．
図６は、この発明を実施するための実施の形態２における放熱器の断面図を示すものである。本形態におけるベース板１１は、図１で示したベース板１のように上面が平面ではなく、矩形溝１１ａが形成されている。図７には本形態におけるフィン体２のＵ字状折曲部付近の拡大断面図を示し、図８にはベース板１１の斜視図を示す。ベース板１１に形成された矩形溝１１ａの幅は、フィン体２のＵ字状底面部２ｂの外幅と比較して、Ｕ字状部をこの溝にはめ込むことができる程度にわずかに広くしておく。また、矩形溝１１ａの深さを、押さえ板４の加圧による変形後の弾性体３の厚さよりも小さくして、押さえ板４とベース板１１の間に隙間を設けておく。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a radiator in the second embodiment for carrying out the present invention. The base plate 11 in this embodiment has a rectangular groove 11a formed on its upper surface, not a flat surface, like the base plate 1 shown in FIG. FIG. 7 shows an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the U-shaped bent portion of the fin body 2 in this embodiment, and FIG. The width of the rectangular groove 11a formed in the base plate 11 is slightly wider than the outer width of the U-shaped bottom surface portion 2b of the fin body 2 so that the U-shaped portion can be fitted into the groove. Keep it. Further, the depth of the rectangular groove 11 a is made smaller than the thickness of the elastic body 3 after being deformed by the pressing of the pressing plate 4, and a gap is provided between the pressing plate 4 and the base plate 11.

ベース板１１をこのような形状にすることにより、図１と同様なフィン体２、弾性体３、押さえ板４、締結部材５を用いて、フィン体２のＵ字状部をベース板１１の矩形溝１１ａに嵌めこんだ状態で、弾性体３を加圧すると、フィン体２のＵ字状底面部２ｂだけでなく、側面２ａの一部もベース板１と接触させることが可能となる。従って、フィン体２とベース板１との接触面積を増加させることができ、実施の形態１と比較すると、両者間の熱伝達を更に向上させることが可能となる。 By forming the base plate 11 in such a shape, the U-shaped portion of the fin body 2 is made to be the same as that of the base plate 11 using the fin body 2, the elastic body 3, the pressing plate 4, and the fastening member 5 similar to FIG. When the elastic body 3 is pressed in a state of being fitted in the rectangular groove 11a, not only the U-shaped bottom surface portion 2b of the fin body 2 but also a part of the side surface 2a can be brought into contact with the base plate 1. Therefore, the contact area between the fin body 2 and the base plate 1 can be increased, and the heat transfer between the two can be further improved as compared with the first embodiment.

実施の形態３．
図９は、この発明を実施するための実施の形態３における放熱器の断面図を示すもので、本形態におけるフィン体１２は、Ｕ字状部が各々独立した構成となっている。
フィン体１２を上記のような構成とすることにより、隣り合った独立フィン体１２の間隔を任意に設定することが可能となり、狭ピッチで配置することにより単位面積当たりのフィン体１２の放熱面積を増やすことができ、放熱器の除熱性能を高めることができる。また、図１に示す複数のＵ字状部が一体として成形されたフィン体２の場合と比較すると、本形態の場合には各Ｕ字状部が独立しているため、フィン体２の場合に全体として有していたそりやうねりに影響されず、フィン体１２とベース板１との密接性を確保しやすくなり、両者間の熱伝達を更に向上させることが可能となる。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 9 shows a cross-sectional view of the radiator in the third embodiment for carrying out the present invention, and the fin body 12 in this embodiment has a configuration in which the U-shaped portions are independent from each other.
By configuring the fin body 12 as described above, the interval between adjacent independent fin bodies 12 can be arbitrarily set, and by disposing the fin body 12 at a narrow pitch, the heat dissipation area of the fin body 12 per unit area The heat removal performance of the radiator can be improved. Further, in comparison with the case of the fin body 2 in which a plurality of U-shaped portions shown in FIG. 1 are integrally formed, in the case of this embodiment, each U-shaped portion is independent. In addition, it is easy to ensure the close contact between the fin body 12 and the base plate 1 without being affected by the sled and undulations as a whole, and the heat transfer between them can be further improved.

この発明の実施の形態１による放熱器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heat radiator by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるフィン体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fin body by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１による弾性体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the elastic body by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるフィン体Ｕ字状部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the fin body U-shaped part by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１による押さえ板の斜視図である。It is a perspective view of the pressing plate by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２による放熱器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heat radiator by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２によるフィン体Ｕ字状部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the fin body U-shaped part by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２による押さえ板の斜視図である。It is a perspective view of the pressing plate by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態３による放熱器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heat radiator by Embodiment 3 of this invention.

Explanation of symbols

１ベース板
２フィン体
３弾性体
４押さえ板
１１ベース板
１２フィン体 1 Base plate 2 Fin body 3 Elastic body 4 Holding plate 11 Base plate 12 Fin body

Claims

A fin body formed to have a U-shaped section in cross-section;
A flat base plate disposed in contact with the outer peripheral surface of the U-shaped part;
An elastic body disposed in contact with the inner peripheral surface of the U-shaped part;
A pressing plate that pressurizes the elastic body toward the base plate and presses the U-shaped portion against the base plate;
A heatsink.

A fin body formed to have a U-shaped section in cross-section;
A base plate having a rectangular groove with a flat bottom surface disposed in contact with the outer peripheral surface of the U-shaped part;
An elastic body disposed in contact with the inner peripheral surface of the U-shaped part;
A pressing plate that pressurizes the elastic body toward the base plate and presses the U-shaped portion against the rectangular groove;
A heatsink.

The radiator according to claim 1 or 2, wherein the pressing plate surrounds the elastic body together with the U-shaped portion .

The radiator according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressing plate includes a plurality of pressing portions that pressurize the elastic body .

The heat radiator according to claim 1, comprising a plurality of fin bodies .